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Partikel-Transport

Staubiger Klimafaktor der Eiszeit?

Verwehte Mineralteilchen aus dem Inneren der Kontinente können Algen in nährstoffarmen Meeresgebieten mit Eisen versorgen. Satellitenaufnahme, © Jeff Schmaltz, MODIS Rapid Response Team, NASA/GSFC

Erstaunlich weitreichender „Dünger-Transport“: Mineralteilchen aus Südamerika bildeten zu Beginn der letzten beiden Kaltzeiten eine üppige Eisenquelle für die Algen in fernen Gewässern des tiefen Südens, berichten Forscher. Offenbar beförderte der Jetstream damals den Staub in großer Höhe einmal fast um die gesamte Antarktis, geht aus der Analyse eines Bohrkerns vom Meeresboden hervor. Die Düngung hat wahrscheinlich die Kohlenstoffbindung in der Region deutlich erhöht und könnte damit auch eine Rolle bei der Klimaabkühlung gespielt haben, sagen die Wissenschaftler.

Atmosphärischer Staub ist bereits als ein wichtiger Faktor im irdischen Klimasystem bekannt. Dabei gibt es eine direkte und eine indirekte Wirkung: Da die feinen Partikel das Sonnenlicht reflektieren, beeinflussen sie die Strahlungsbilanz der Erde – sie wirken kühlend. Letztendlich ist das auch der Effekt des zweiten Aspekts: Wenn die Mineralteilchen schließlich herabrieseln, können sie düngend wirkende Substanzen in nährstoffarme Meeresgebiete bringen. Ein wichtiger Mangelnährstoff, der das Wachstum der Algen dort begrenzt, ist dabei bekanntermaßen Eisen: Steigt die Verfügbarkeit, kann das Phytoplankton erheblich mehr Biomasse aufbauen, wodurch atmosphärisches Kohlendioxid gebunden wird.

Wenn die Algen dann schließlich sterben und in die Tiefsee absinken, kann das Treibhausgas dort langfristig gebunden bleiben, was bekanntlich mit einem abkühlenden Effekt auf das Erdklima verbunden ist. Diese Mechanismen können im eisenlimitierten subpolaren Südozean besonders effektiv zum Tragen kommen. Deshalb wird bereits vermutet, dass Veränderungen des Staubkreislaufs auf der Südhalbkugel in der Vergangenheit eine wichtige Rolle im natürlichen Wechsel zwischen Kalt- und Warmzeiten gespielt haben.

Weitgereiste Staubpartikel in einem Bohrkern

Um Einblicke in die Geschichte des Staubtransports im Süden zu bekommen, haben die Forscher um Torben Struve von der Universität Oldenburg nun einen Sedimentkern analysiert, der aus dem Boden des subpolaren Südpazifiks westlich von Südamerika stammt. Die zeitlich abgrenzbaren Ablagerungen in dem Bohrkern reichen 260.000 Jahre in die Vergangenheit zurück und umfassen somit zwei Eiszeitzyklen. Die enthaltenen Staubpartikel lassen sich anhand ihrer geochemischen Fingerabdrücke ihren Ursprungsregionen zuordnen, erklären die Forscher. So konnten sie ermitteln, wie hoch der Anteil von Partikeln aus den angrenzenden Landmassen in den verschiedenen Phasen der beiden Eiszeiten war.

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Überrascht stellten die Forscher fest: Bis zu zwei Drittel der Partikel stammten aus Südamerika. Interessanterweise zeichnete sich dieses Maximum jeweils zu Beginn der Kaltzeitzyklen ab. Landmassen wie Australien oder Neuseeland trugen nur in vergleichsweise kurzen Zeitabschnitten mehr als die Hälfte zum abgelagerten Staub bei. Ihr Beitrag nahm besonders gegen Ende der Eiszeiten zu, als sich das Klima wieder erwärmte. „Erstaunlicherweise dominierte Staub aus Südamerika, obwohl er einen sehr weiten Weg von der Quelle bis zu unserer Probennahmestelle zurücklegen musste“, sagt Struve. Denn wie die Forscher erklären, herrschen in Südamerika ostwärts gerichtete Luftströmungen vor – die Partikel können also nicht über die relativ kurze Strecke aus dem Westen zu der Probennahmestelle gelangt sein.

Die Forscher schließen aus den Daten, dass der südamerikanische Staub offenbar in den Jetstream gelangt ist und dann in den höheren Bereichen der Atmosphäre die Antarktis umrunden konnte. Im Gegensatz dazu konnten die Staubteilchen aus den niedrig-gelegenen Quellregionen Australiens und Neuseelands wohl schneller wieder mit dem Regen aus der Luft gewaschen werden und haben diese für den Langstreckentransport nötigen Höhen dadurch seltener erreicht, erklären die Wissenschaftler.

Staub aus Anden-Höhen umrundet die Antarktis

Sie konnten auch den Ursprung des südamerikanischen Staubs anhand seiner Merkmale noch genauer lokalisieren: Der größte Anteil stammte demnach aus bis zu 5000 Meter hoch in den Anden gelegenen Regionen, die sich über den Nordwesten des heutigen Argentiniens und den Süden Boliviens erstrecken. Wie die Forscher feststellten, enthielt der von dort stammende Staub eine Form von Eisen, die biologisch gut verwertbar ist. Unterm Strich zeigte sich, dass die Staubproduktion aus allen terrestrischen Quellen während der Eiszeiten gegenüber den Warmzeiten wahrscheinlich durch Windveränderungen und Trockenheit deutlich zugenommen hat. Der Eiseneintrag könnte dadurch um den Faktor drei bis sechs angewachsen sein, sagen die Forscher.

Die Ergebnisse können ihnen zufolge nun dazu beitragen, den Wechsel zwischen Eis- und Warmzeiten auf der Südhalbkugel besser zu verstehen: „Wie genau die natürliche Eisendüngung im Südozean diese Klimaveränderungen verstärkte, ist noch nicht vollständig geklärt“, sagt Struve. Die neuen Daten bieten aber wertvolle Informationen, die nun in Erdsystemmodelle einfließen können, um die komplexen Abläufe im Klimasystem besser zu verstehen.

Abschließend kommentiert Struve noch einen Gedanken, der bei dem Forschungsthema aufkommen kann: Ob es sinnvoll ist, nährstoffarme Meeresgebiete gezielt mit Eisen zu düngen, um den aktuellen Klimawandel zu verlangsamen, lasse sich anhand der Studie allerdings nicht beurteilen, so der Wissenschaftler.: „Ich wäre damit sehr vorsichtig. Denn um einen nennenswerten Effekt zu erzielen, müsste man schwer erreichbare Meeresgebiete über lange Zeiträume großflächig mit biologisch verwertbarem Eisen versorgen. Das erscheint kaum praktikabel“, sagt der Geochemiker.

Quelle: Universität Oldenburg, Fachartikel: PNAS, doi: 10.1073/pnas.2206085119

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